Computergestütztes Design gemischtdimensionaler Heterostrukturen zur Steuerung von Mid-Gap-Zuständen und verbesserter optische Nichtlinearitäten zweiter Ordnung (A08*)

• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398816777

Gemischt-dimensionale Heterostrukturen, bestehend aus 2D Substraten und darauf befindlichen Molekülen sind eine vielversprechende Plattform um nichtlineare optische Eigenschaften auf atomarer Ebene maßzuschneidern. Durch die effiziente Kombination genauer ab-initio-Berechnungen basierend auf der Dichtefunktionaltheorie, effektiver Einbettungsmodelle und effizientem Hochdurchsatz-Computer-Screening zielt dieses Projekt darauf ab, Designregeln für derartige Heterostrukturen mit Typ-II-Ausrichtung der Energien und einem räumlich lokalisierten Mid-Gap-Zustand in Kombination mit einer verstärkten nichtlinearen Antwort zweiter Ordnung auf ein externes Feld zu identifizieren. Hierzu werden wir funktionalisierte Rylenfarbstoffe screenen und ihre elektronische Struktur im Hinblick auf Orbitalenergien und deren räumliche Verteilung charakterisieren, wobei hexagonales Bornitrid und Übergangsmetall-Dichalkogenide, einschließlich ihrer herkömmlichen Zusammensetzungen, ausgewählter Janusstrukturen und Modelllegierungen, als implizite 2D Substrate angenommen werden. Wir werden Symmetrie- und Dipolanalysen der gesammelten Daten durchführen, um gemischt-dimensionale Heterostrukturen mit den angestrebten Eigenschaften zu identifizieren. Atomistische Simulationen basierend auf der Echtzeit-zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie werden die datengesteuerte Methode validieren und die nichtlineare Antwort ausgewählter Systeme liefern, wobei der Schwerpunkt auf der Polarisierbarkeit zweiter Ordnung und der Rolle des Mid-Gap-Zustands bei der Photoanregung für potenzielle Einzelphotonenemission liegt. Dieses Projekt behandelt zentrale Fragen von NOA im Zusammenhang mit den grundlegenden Mechanismen, die nichtlineare optische Prozesse auf atomarer Ebene antreiben.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche
• Teilprojekt zu: SFB 1375: Nichtlineare Optik bis hin zu atomaren Skalen
• Antragstellende Institution: Friedrich-Schiller-Universität Jena
• Teilprojektleiterin: Professorin Dr. Caterina Cocchi